Reloj del receptor GPS

  

Entonces, ¿es tecnológicamente "fácil" garantizar que el "envío" real de la señal por los satélites GPS se encuentre en la marca de tiempo real de los relojes atómicos?

Los retrasos de la electrónica a bordo no son motivo de preocupación, siempre y cuando sean constantes. El desplazamiento del reloj de la cuenta z de los vehículos espaciales con el tiempo GPS se compensa en su totalidad. Los retrasos variables, como la fluctuación de fase, son una preocupación, pero los relojes atómicos tienen un excelente rendimiento de ruido de fase.

La estabilidad del centro de la fase de la antena también es una preocupación, la señal debería (parecer) originarse desde un punto bien definido en el vehículo espacial. Esto no es de ninguna manera fácil, por ejemplo. el DoD se equivocó cuando engancharon una carga útil de demostración L5 en SVN47. Este equipo introdujo un cambio de fase dependiente de la elevación en la señal, haciendo que todo el vehículo espacial sea inutilizable para propósitos de navegación. (lea la historia en InsideGNSS ).

  

¿La misma pregunta con la antena / circuitos del receptor?

El receptor usa una Antena, uno LNA, uno VCO, uno , uno filtre y uno ADC para todas las señales. La dispersión (retraso según la frecuencia) no es una preocupación, todas las señales ocupan la misma frecuencia. Cualquier retraso afectará a todas las señales de la misma manera, la temporización relativa de las señales no se ve afectada. Los retrasos solo darán como resultado un error de reloj local, no un error de posición.

El ruido de fase del oscilador local también producirá un error de reloj local y no afectará el posicionamiento. Puede restringir seriamente la capacidad de los receptores para rastrear la señal, pero los cristales con compensación de temperatura relativamente baratos están bien.

El receptor no toma marcas de tiempo, sino que evalúa la fase relativa de las señales. Para hacer frente a una frecuencia tan alta, L1 (1575.42MHz) se convierte a un IF de, digamos, 4.096 Mhz y se muestrea a 10MHz (equivalente a 100 ns) de reloj. Es importante entender que esta conversión descendente no afecta la precisión de la posición, ya que un cambio de fase de L1 en un ciclo se traduce en un ciclo para IF.

De esta manera, el receptor puede detectar fácilmente un cambio de fase de un ciclo, que corresponde a la línea de visión de 19 cm. (Entonces, ¿por qué los receptores no tienen DOP de 19 cm? La respuesta no encaja aquí).

El retraso dependiente de la dirección en la antena es un problema para la precisión del GPS, al igual que la recepción de las señales reflejadas (multipath). Los receptores de precisión usan antenas de anillo de choque o incluso antenas de elementos fractales para mitigar.

  

¿Tengo / supongo que el receptor tiene un reloj de baja frecuencia estable de cuarzo (o similar) y un VCO inquietante para granularidades de nanosegundos?

El ruido de fase (densidad espectral de potencia) de un TCXO es de alrededor de -100dBc / Hz a 100Hz menos que el valor nominal. El PLL / VCO agregará unos pocos dB. Este ruido de fase afecta a la SNR de una manera complicada. Siempre y cuando no rastree señales extremadamente débiles o necesite rastrear la dinámica rápida del receptor (como una guía de cohete), este rendimiento está bien.

Se pueden utilizar osciladores más precisos para mejorar el rendimiento de diferentes maneras, por ejemplo, mediante el uso de filtros más estrechos (digitales).

  

¿Y el jitter de este VCO es lo suficientemente bajo como para permitir ignorarlo cuando se resuelve el sistema de ecuaciones GPS suponiendo un sesgo fijo?

Vea más arriba, no necesita considerar el jitter por errores de posición, ya que afecta a todas las señales en la misma cantidad.

Algunos bits adicionales a la respuesta de Andreas:

  

Por lo tanto, es tecnológicamente "fácil" garantizar que el "envío" real de   La señal de los satélites GPS se encuentra en la marca de tiempo real de la   relojes atómicos?

GPS es una de esas cosas donde el concepto básico es lo suficientemente simple de entender, la implementación es una pesadilla. Si alguna vez alguien te dice que sabe todo sobre cómo funciona el GPS o que cualquier cosa relacionada con él es fácil, entonces son: a) Una guarida, b) Estúpido para darse cuenta de cuánto no saben o c) tienen al menos 7 doctorados en diversas ramas de la matemática y la física.
Así que no es "fácil". Pero hacen trampa un poco. Hay una red de estaciones de monitoreo que constantemente envían información de corrección a los SV, principalmente están corrigiendo la información orbital que se transmite, pero también monitorean y envían correcciones para los relojes. Mientras los retrasos en la electrónica permanezcan constantes y la fluctuación de fase baja, se pueden corregir.

  

Obtengo / supongo que el receptor tiene un cuarzo estable conocido (o similar)   ¿Reloj de baja frecuencia y un VCO vibrante para granularidades de nanosegundos?   Y el jitter de este VCO es lo suficientemente bajo como para permitir ignorarlo cuando   resolviendo el sistema de ecuaciones GPS suponiendo un sesgo fijo?

Un buen comercial de GPS tendrá un TCXO seleccionado, no necesariamente por su precisión (que se puede corregir, debe corregirse, ya que nunca será preciso para el reloj atómico) pero para un ruido de fase muy bajo, que es la medida del jitter en la salida del reloj.

Los receptores funcionan creando una copia local de la señal que esperan ver y luego intentan alinearla con la señal entrante. Nunca miran una sola muestra, la señal es demasiado débil para eso, están mirando una gran colección de muestras tomadas en un período de tiempo razonable. La fluctuación del reloj en el receptor disminuirá la compatibilidad de estas dos copias y, por lo tanto, reducirá la SNR de la señal; sin embargo, el período de tiempo que se está comparando es lo suficientemente largo como para que la fluctuación de fase local se normalice y tenga un impacto relativamente pequeño en la precisión las medidas.

La razón por la que necesita cuatro satélites se puede simplificar de la siguiente manera:

• el primero proporciona la referencia de tiempo precisa;
• el segundo proporciona la distancia radial que da una esfera;
• el tercero proporciona una distancia radial de intersección y nos queda un arco;
• la cuarta cruza el arco dando dos puntos, uno en el espacio y el otro cerca de la superficie de la tierra.

El algoritmo en el receptor GPS utiliza un modelo estadístico para obtener el mejor ajuste y eliminar los valores atípicos, calculando la posición y el tiempo absoluto.

Cada satélite debe tener un reloj muy preciso y emitir su propia posición precisa.

Sí, con los cables largos de antena, se requiere una compensación en el receptor para reproducir señales de tiempo muy precisas.